超分辨显微镜

病毒学研究

了解病毒颗粒结构、病毒与宿主的相互作用、病毒病理学等

用于病毒研究的Vutara单分子定位显微镜

这个武塔拉单分子定位系统已经成为了解病毒粒子的重要工具。病毒颗粒通常比光的衍射极限小得多(<200nm),这使得单分子定位显微镜成为解析病毒颗粒结构细节或利用细胞机制确定病毒成分定位的最合适的荧光技术。下面我们重点介绍Vutara病毒研究的关键特性。

  • 超分辨率图像使用专有的双平面单分子定位,实现至少20纳米XY和50纳米Z精度。
  • 唯一的3D单分子系统能够成像多种样品类型,从纯化的病毒粒子到组织切片和整个模式生物。
  • 高速采集:非常适合实时成像、粒子跟踪和快速数据采集。
  • 集成射流:蛋白质组、基因组或活细胞应用的多重成像。
  • 强大的实时单分子定位采集软件。
  • 强大的可视化和分析软件包提供了完整的统计工具集。

Vutara病毒应用程序

下面我们重点介绍对Vutara进行的病毒研究。在盖玻片和组织切片深处对病毒样本进行单分子定位的独特能力使Vutara成为唯一能够在同一显微镜上成像病毒颗粒结构、病毒颗粒与宿主细胞相互作用以及病毒感染对细胞生物学影响的系统。在页面底部,你可以找到一些用Vutara超分辨率显微镜进行的病毒研究论文。

Vutara病毒研究:

  • 病毒颗粒结构
  • 病毒-宿主相互作用
  • 病毒病理学
水泡性口炎病毒颗粒。红色-用Alexa Fluor 647标记的VSV-G蛋白。

病毒颗粒结构

Alonas,E.,Lifland,A.W.,Gudheti,M.,Vanover,D.,Jung,J.,Zurla,C.,Kirschman,J.,Fiore,V.F.,Douglas,A.,Barker,T.H.,Yi,H.,Wright,E.R.,Crowe,J.E.,Santangelo,P.J.,2014年。将单个RNA敏感探针与亚扩散限制和活细胞成像相结合,可以描述细胞中病毒的动态特性. ACS纳米8,302–315.doi.org/10.1021/nn405998v

作者开发了研究包膜病毒早期传染性和复制的工具。

  • 作者开发了MTRIPs(多重标记四价RNA成像探针)。一种活标记hRSV病毒基因组的方法。
  • MTRIP技术使蛋白质和病毒基因组的同时超分辨率成像成为可能;传统的荧光原位杂交技术(FISH)是不可能的。
  • 作者使用Vutara来确定病毒蛋白沿病毒gRNA的分布。只有单分子定位显微术才能对这些亚300nm的粒子成像。

宿主细胞相互作用

Tiwari,P.M.,Vanover,D.,Lindsay,K.E.,Bawage,S.S.,Kirschman,J.L.,Bhosle,S.,Lifland,A.W.,Zurla,C.,Santangelo,P.J.,2018年。工程化mRNA表达抗体预防呼吸道合胞病毒感染. 自然通讯9,1–15.doi.org/10.1038/s41467-018-06508-3

作者使用Vutara显微镜来确定治疗性抗体palivizumab对RSV感染的作用机制。

  • 利用Vutara对培养细胞进行3D成像的能力,作者们能够看到细胞膜上的病毒颗粒。
  • 当细胞在其细胞表面表达palivizumab时,病毒粒子可在细胞膜附近但在细胞膜外(病毒粒子大小约100-300nm)观察到。
  • 提示帕利珠单抗的作用机制是通过阻止融合和胞浆对RSV的摄取来预防感染。
表达Palizumab(绿色)的Vero细胞暴露于RSV病毒粒子(品红)。用Vutara进行的3D单分子定位显微镜观察显示,表达palizumab的细胞不能被RSV感染,而病毒粒子被捕获在细胞外的膜上。图摘自:Tiwari等人,《2018年基因工程mRNA表达抗体预防呼吸道合胞病毒感染》,自然通讯。

病毒感染对宿主细胞的影响

Milrot,E.,Shimoni,E.,Dadosh,T.,Rechav,K.,Unger,T.,Etten,J.L.V.,明斯基,A.,2017年。感染草履虫小球藻病毒1的真核生物噬菌体样复制周期的结构研究. 《公共科学图书馆·病原体》13,e1006562。doi.org/10.1371/journal.ppat.1006562

作者使用Vutara来确定病毒感染对细胞骨架结构的影响。由此他们确定肌动蛋白细胞骨架在病毒感染性中起着关键作用。

  • 作者使用超分辨率成像来监测微管和肌动蛋白细胞骨架在病毒感染过程中的变化。
  • 在感染过程中,微管网络变得更加支离破碎,从细胞中心消失。
  • 在感染过程中,肌动蛋白细胞骨架在细胞周围失去其精细结构,并在细胞圆形边缘形成一个外壳。
  • 药理学实验和其他实验表明,微管网络的破坏对病毒粒子的产生几乎没有影响,而肌动蛋白细胞骨架的破坏减少了病毒粒子的产生。

活细胞成像

病毒研究人员也可能对Vutara的活细胞和单分子粒子追踪能力感兴趣。Vutara完全能够对细胞结构(如细胞器)进行活细胞单分子成像和单分子粒子跟踪。独特的是,Vutara还能够将这两种技术结合起来,与细胞结构成像一起进行粒子跟踪。

请参阅live cell网页和Vutara活细胞网络研讨会了解更多有关Vutara显微镜和SRX软件.

上图:用闪光弹染料对线粒体进行实时成像。下图:单个tom20蛋白的实时联合粒子追踪(左)和线粒体成像(右)。

重点病毒研究出版物:

  • Akiyama,H.,Ramirez,N.-G.P.,Gudheti,M.V.,Gummuluru,S.,2015年。CD169介导的HIV向树突状细胞质膜内陷的转运减弱了抗gp120广泛中和抗体的作用. 巴解组织第11届会议。https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1004751
  • Alonas,E.,Lifland,A.W.,Gudheti,M.,Vanover,D.,Jung,J.,Zurla,C.,Kirschman,J.,Fiore,V.F.,Douglas,A.,Barker,T.H.,Yi,H.,Wright,E.R.,Crowe,J.E.,Santangelo,P.J.,2014年。将单个RNA敏感探针与亚扩散限制和活细胞成像相结合,可以描述细胞中病毒的动态特性. ACS纳米8,302–315。https://doi.org/10.1021/nn405998v
  • Hodges,J.,Tang,X.,Landesman,M.B.,Ruedas,J.B.,Ghimire,A.,Gudheti,M.V.,Perrault,J.,Jorgensen,E.M.,Gerton,J.M.,Saffarian,S.,2013年。水泡性口炎病毒内聚合酶的不对称包装. 生物化学和生物物理学研究通讯440271–276。https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.09.064
  • Kiss,G.,Holl,J.M.,Williams,G.M.,Alonas,E.,Vanover,D.,Lifland,A.W.,Gudheti,M.,Guerrero Ferreira,R.C.,Nair,V.,Yi,H.,Graham,B.S.,Santangelo,P.J.,Wright,E.R.,2014年。呼吸道合胞病毒的结构分析揭示了M2-1在基质蛋白和核糖核蛋白复合物之间的位置. 病毒学杂志88,7602–7617。https://doi.org/10.1128/JVI.00256-14
  • Milrot,E.,Shimoni,E.,Dadosh,T.,Rechav,K.,Unger,T.,Etten,J.L.V.,明斯基,A.,2017年。感染草履虫小球藻病毒1的真核生物噬菌体样复制周期的结构研究. 《公共科学图书馆·病原体》13,e1006562。https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006562
  • Tiwari,P.M.,Vanover,D.,Lindsay,K.E.,Bawage,S.S.,Kirschman,J.L.,Bhosle,S.,Lifland,A.W.,Zurla,C.,Santangelo,P.J.,2018年。工程化mRNA表达抗体预防呼吸道合胞病毒感染. 自然通讯9,1–15。https://doi.org/10.1038/s41467-018-06508-3
  • Yaakov,L.B.,Mutsafi,Y.,Porat,Z.,Dadosh,T.,Minsky,A.,2019年。应用图像流式细胞术定量研究病毒感染阶段的动力学. 流式细胞术A部分95,534–548。https://doi.org/10.1002/cyto.a.23770